Кто он?

Альберт Эйнштейн — физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист. Жил в Германии (1879—1895, 1914—1933), откуда с приходом к власти нацистов был вынужден эмигрировать и был лишён гражданства; Швейцарии (1895—1914), и с 1933 года до конца жизни — в США.

Почётный доктор около 20 ведущих университетов мира, член многих Академий наук, в том числе иностранный почётный член АН СССР (1926), автор более 300 научных работ по физике, а также около 150 книг и статей в области истории и философии науки, публицистики и других. Он разработал несколько монументальных физических теорий:
Специальная теория относительности (1905).
В её рамках — закон взаимосвязи массы и энергии: E=mc²
Общая теория относительности (1907—1916).
Квантовая теория фотоэффекта.[1]
Квантовая теория теплоёмкости.[2]
Квантовая статистика Бозе — Эйнштейна.[3]
Статистическая теория броуновского движения, заложившая основы теории флуктуаций.[4]
Теория индуцированного излучения.[5]
Теория рассеяния света на термодинамических флуктуациях в среде.[6]
Он также предсказал гравитационные волны и «квантовую телепортацию», предсказал и измерил гиромагнитный эффект Эйнштейна — де Хааза. С 1933 года работал над проблемами космологии и единой теории поля. Активно выступал против войны, против применения ядерного оружия, за гуманизм, уважение прав человека, взаимопонимание между народами.

Эйнштейну принадлежит решающая роль в популяризации и введении в научный оборот новых физических концепций и теорий. В первую очередь это относится к пересмотру понимания физической сущности пространства и времени и к построению новой теории гравитации взамен ньютоновской. Эйнштейн также, вместе с Планком, заложил основы квантовой теории. Эти концепции, многократно подтверждённые экспериментами, образуют фундамент современной физики.

В 1900 году Эйнштейн окончил Политехникум, получив диплом преподавателя математики и физики. Экзамены он сдал успешно, но не блестяще. Многие профессора высоко оценивали способности студента Эйнштейна, но никто не захотел помочь ему продолжить научную карьеру. Преодолеть трудности помог бывший однокурсник Марсель Гроссман, рекомендовавший Эйнштейна на должность эксперта III класса в Федеральное Бюро патентования изобретений (Берн) с окладом 3500 франков в год. С 1904 года Эйнштейн сотрудничал с ведущим посвящённым физике журналом Германии «Анналы физики», предоставляя для его реферативного приложения аннотации новых статей по термодинамике.

В течение всего XIX века материальным носителем электромагнитных явлений считалась гипотетическая среда — эфир. Однако к началу XX века выяснилось, что свойства этой среды трудно согласовать с классической физикой. Опыты Майкельсона (1881), показали, что никакого «эфирного ветра» не существует. Эйнштейн, предположил, что то, что считалось свойствами эфира, есть на деле проявление объективных свойств пространства и времени. Эйнштейн пришёл к выводу, что нелепо привлекать понятие эфира только для того, чтобы доказать невозможность его наблюдения, и что корень проблемы лежит не в динамике, а глубже — в кинематике. В упомянутой выше основополагающей статье «К электродинамике движущихся тел» он предложил два постулата: всеобщий принцип относительности и постоянство скорости света; из них без труда выводятся лоренцево сокращение, формулы преобразования Лоренца, относительность одновременности, ненужность эфира, новая формула сложения скоростей, возрастание инерции со скоростью и т. д. В другой его статье, которая вышла в конце года, появилась и формула E=mc², определяющая связь массы и энергии.

Часть учёных сразу приняли эту теорию, которая позднее получила название «специальная теория относительности» (СТО); Планк (1906) и сам Эйнштейн (1907) построили релятивистскую динамику и термодинамику. Бывший учитель Эйнштейна, Минковский, в 1907 году представил математическую модель кинематики теории относительности в виде геометрии четырёхмерного неевклидова мира и разработал теорию инвариантов этого мира (первые результаты в этом направлении опубликовал Пуанкаре в 1905 году).

Основная идея Эйнштейна была проста: материальным носителем тяготения является само пространство (точнее, пространство-время). Тот факт, что гравитацию можно рассматривать как проявление свойств геометрии четырёхмерного неевклидова пространства, без привлечения дополнительных понятий, есть следствие того, что все тела в поле тяготения получают одинаковое ускорение («принцип эквивалентности» Эйнштейна). Четырёхмерное пространство-время при таком подходе оказывается не «плоской и безразличной сценой» для материальных процессов, у него имеются физические атрибуты, и в первую очередь — метрика и кривизна, которые влияют на эти процессы и сами зависят от них. Если специальная теория относительности — это теория неискривлённого пространства, то общая теория относительности, по замыслу Эйнштейна, должна была рассмотреть более общий случай, пространство-время с переменной метрикой (псевдориманово многообразие). Причиной искривления пространства-времени является присутствие материи, и чем больше её энергия, тем искривление сильнее. Ньютоновская же теория тяготения представляет собой приближение новой теории, которое получается, если учитывать только «искривление времени», то есть изменение временно́й компоненты метрики (пространство в этом приближении евклидово). Распространение возмущений гравитации, то есть изменений метрики при движении тяготеющих масс, происходит с конечной скоростью. Дальнодействие с этого момента исчезает из физики.

Искривление пространства массивным телом

Эйнштейна неоднократно номинировали на Нобелевскую премию по физике. Первая такая номинация (за теорию относительности) состоялась, по инициативе Вильгельма Оствальда, уже в 1910 году, однако Нобелевский комитет счёл экспериментальные доказательства теории относительности недостаточными. Далее выдвижение кандидатуры Эйнштейна повторялось ежегодно, кроме 1911 и 1915 годов. Среди рекомендателей в разные годы были такие крупнейшие физики, как Лоренц, Планк, Бор, Вин, Хвольсон, де Хааз, Лауэ, Зееман, Камерлинг-Оннес, Адамар, Эддингтон, Зоммерфельд и Аррениус.

Однако члены Нобелевского комитета долгое время не решались присудить премию автору столь революционных теорий. В конце концов был найден дипломатичный выход: премия за 1921 год была присуждена Эйнштейну (в ноябре 1922 года) за теорию фотоэффекта, то есть за наиболее бесспорную и хорошо проверенную в эксперименте работу; впрочем, текст решения содержал нейтральное добавление: «… и за другие работы в области теоретической физики».

Альберт Эйнштейн на вручении Нобелевской премии

Эйнштейн, уже будучи всемирно известным физиком-теоретиком, активно занимался конструированием и изобретательством. Вместе с различными соавторами у него было около двадцати патентов. Эйнштейну и Гольдшмидту принадлежит патент на магнитострикционный громкоговоритель. В первом номере советского журнала «Изобретатель» за 1929 г. была опубликована статья Эйнштейна «Массы вместо единиц», посвящённая организационным и экономическим аспектам изобретательской деятельности.

В числе других изобретений:
Измеритель очень малых напряжений (совместно с братьями Габихт, Паулем и Конрадом);
Устройство, автоматически определяющее время экспозиции при фотосъёмке[52];
Оригинальный слуховой аппарат;
Бесшумный холодильник (совместно с Силардом)[53];
Гирокомпас[54], в сотрудничестве с Г. Аншютцем.

Также Эйнштейн участвовал в экспертизе при выдаче патентов. Например, известна рецензия Эйнштейна на заявку на изобретение И. Н. Кечеждана из СССР в 1930 г.

Бесшумный холодильник Эйнштейна

Гиросфера гирокомпаса типа Аншютц

По мере нарастания экономического кризиса в Веймарской Германии усиливалась политическая нестабильность, содействовавшая усилению радикально-националистических и антисемитских настроений. Участились оскорбления и угрозы в адрес Эйнштейна, в одной из листовок даже предлагалась крупная награда (50 000 марок) за его голову. После прихода к власти нацистов все труды Эйнштейна были либо приписаны «арийским» физикам, либо объявлены искажением истинной науки.

В 1933 году Эйнштейну пришлось покинуть Германию, к которой он был очень привязан, навсегда. Вместе с семьёй он выехал в Соединённые Штаты Америки с гостевыми визами. В скором времени в знак протеста против преступлений нацизма он отказался от немецкого гражданства и членства в Прусской и Баварской академиях наук и прекратил общение с оставшимися в Германии учёными — в частности, с Максом Планком, патриотизм которого задевали резкие антинацистские заявления Эйнштейна.

После переезда в США Альберт Эйнштейн получил должность профессора физики в недавно созданном Институте перспективных исследований (Принстон, штат Нью-Джерси).

В августе 1939 года Эйнштейн подписался под письмом, написанным по инициативе физика-эмигранта из Венгрии Лео Силарда на имя президента США Франклина Делано Рузвельта. Письмо обращало внимание президента на возможность того, что нацистская Германия способна создать атомную бомбу.

Письмо Рузвельту

До конца жизни Эйнштейн продолжал работу над исследованием проблем космологии, но главные усилия он направил на создание единой теории поля. Ему помогали в этом профессиональные математики, в том числе (в Принстоне) Джон Кемени. Формально некоторые успехи в этом направлении были — он разработал даже две версии единой теории поля. Обе модели были математически изящны, из них вытекала не только общая теория относительности, но и вся электродинамика Максвелла, однако они не давали никаких новых физических следствий. А чистая математика, в отрыве от физики, Эйнштейна никогда не интересовала, и он забраковал обе модели.

В 1955 году здоровье Эйнштейна резко ухудшилось. Он написал завещание и сказал друзьям: «Свою задачу на Земле я выполнил». Последним его трудом стало незаконченное воззвание с призывом предотвратить ядерную войну.